JP2001241789A - 二元冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二元冷凍装置において、高温側冷媒回路の構
成を簡素化しつつ、カスケードコンデンサに対する高温
側冷媒の供給量を適切に維持する。 【解決手段】 ２つの冷蔵回路（50a,50b）と１つのカ
スケード回路（60）とを、室外回路（30）に並列接続し
て高温側冷媒回路（20）を構成する。各冷蔵回路（50a,
50b）の冷蔵用蒸発器（53a,53b）は、それぞれ冷蔵ユニ
ット（13a,13b）に収納される。カスケード回路（60）
には、中間熱交換器（66）を接続すると共に、中間熱交
換器（66）の上流にカスケード膨張弁（61）を設ける。
カスケード膨張弁（61）は、中間熱交換器（66）の出口
冷媒温度に基づいて開度調節される。中間熱交換器（6
6）には、低温側冷媒回路（70）が接続される。低温側
冷媒回路（70）には、２つの冷凍用蒸発器（76a,76b）
が並列に接続される。各冷凍用蒸発器（76a,76b）は、
それぞれ冷凍ユニット（14a,14b）に収納される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二元冷凍サイクル
を行う冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高温側冷媒回路と低温側冷媒
回路とがカスケードコンデンサである中間熱交換器を介
して接続されて二元冷凍サイクルを行う二元冷凍装置が
知られている。この二元冷凍装置には、ＷＯ９８／５５
８０９号公報に開示されているように、低温側冷媒回路
に冷凍ユニットを接続する一方、高温側冷媒回路に冷蔵
ユニットを接続したものが知られている。この種の二元
冷凍装置によれば、１つの室外ユニットで冷凍庫と冷蔵
庫の両方を冷却できるため、特にコンビニエンスストア
などに適している。

【０００３】具体的に、上記二元冷凍装置の低温側冷媒
回路には、利用側の低温側蒸発器が設けられる。中間熱
交換器は、低温側冷媒回路の凝縮器として機能する。こ
の低温側冷媒回路では、低温側冷媒が相変化しつつ循環
して、圧縮、凝縮、減圧、蒸発の過程を繰り返すことに
より冷凍サイクルが行われる。そして、低温側蒸発器に
おいて冷媒が庫内空気から吸熱し、これによって冷凍庫
内を冷却する。

【０００４】また、上記二元冷凍装置の高温側冷媒回路
には、中間熱交換器と利用側の高温側蒸発器とが並列に
設けられる。この高温側冷媒回路では、高温側冷媒が相
変化しつつ循環して、圧縮、凝縮、減圧、蒸発の過程を
繰り返すことにより冷凍サイクルが行われる。中間熱交
換器に流れた高温側冷媒は、低温側冷媒から吸熱して蒸
発する。高温側蒸発器に流れた高温側冷媒は、庫内空気
から吸熱して蒸発する。これによって、冷蔵庫内が冷却
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記二
元冷凍装置の高温側冷媒回路では、中間熱交換器と高温
側蒸発器のそれぞれに対応して膨張弁を１つずつ設け、
凝縮後の冷媒を分流した後に各膨張弁で減圧するように
していた。このため、中間熱交換器及び高温側蒸発器と
同数の膨張弁が必要となり、構成が複雑化すると共に、
コストの上昇を招いていた。

【０００６】この問題に対しては、高温側冷媒回路に膨
張弁を１つだけ設け、この膨張弁で高温側冷媒を減圧し
てから中間熱交換器と高温側蒸発器に分配する対策が考
えられる。ところが、この場合には、減圧されて気液二
相状態となった冷媒を、中間熱交換器と高温側蒸発器に
分配しなければならない。従って、中間熱交換器と高温
側蒸発器のそれぞれに適切な量の冷媒を供給するのが困
難となる。この冷媒の分配は、高温側蒸発器の数が増え
るほど一層困難となる。

【０００７】その際、中間熱交換器に対する高温側冷媒
の供給量不足が、特に問題となる。つまり、高温側蒸発
器に対する高温側冷媒の供給量が不足しても、高温側蒸
発器において庫内空気をある程度は冷却することが可能
である。ところが、中間熱交換器に対する高温側冷媒の
供給量が不足すると、低温側冷媒回路における高圧が過
度に高くなり、圧縮機保護のために低温側冷媒回路での
冷却運転が停止されてしまう。このため、低温側蒸発器
における庫内空気の冷却が全く行われなくなり、冷凍庫
内の貯蔵物の損傷などの深刻な問題を招いてしまう。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、高温側冷媒回路の構
成を簡素化しつつ、中間熱交換器に対する高温側冷媒の
供給量を確保して確実な冷却運転を行うことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、高温側冷媒回路（20）、低温側冷媒回路（7
0）及び中間熱交換器（66）を備え、高温側冷媒回路（2
0）の高温側冷媒と低温側冷媒回路（70）の低温側冷媒
とが中間熱交換器（66）で熱交換して二元冷凍サイクル
を行う二元冷凍装置を対象としている。そして、上記高
温側冷媒回路（20）は、中間熱交換器（66）と並列に接
続された利用側の高温側蒸発器（53a,53b）を少なくと
も１つ有して、減圧後の冷媒を中間熱交換器（66）と高
温側蒸発器（53a,53b）とに分配するように構成される
一方、上記中間熱交換器（66）へ供給する冷媒量を運転
条件に応じて調節するための調節手段を備えるものであ
る。

【００１０】本発明が講じた第２の解決手段は、上記第
１の解決手段において、調節手段は、高温側冷媒回路
（20）における中間熱交換器（66）の入口側に設けられ
た開度可変の調節弁（61）を備えるものである。

【００１１】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
１の解決手段において、調節手段は、高温側冷媒回路
（20）における中間熱交換器（66）の入口側に設けられ
て互いに並列に接続された複数のキャピラリチューブ
（64a,64b）と、高温側冷媒が流通するキャピラリチュ
ーブ（64a,64b）の数を変更するための切換機構（65a,6
5b）とを備えるものである。

【００１２】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
１，第２又は第３の解決手段において、低温側冷媒回路
（70）は、互いに並列に接続された複数の利用側の低温
側蒸発器（76a,76b）を備えるものである。

【００１３】−作用−上記第１の解決手段では、高温側
冷媒回路（20）において高温側冷媒が相変化しつつ循環
し、低温側冷媒回路（70）において低温側冷媒が相変化
しつつ循環する。両冷媒回路では、圧縮、凝縮、膨張、
蒸発の各過程からなるサイクルが繰り返され、蒸気圧縮
式の冷凍サイクルが行われる。その際、中間熱交換器
（66）において、高温側冷媒と低温側冷媒とが互いに熱
交換する。そして、中間熱交換器（66）では、低温側冷
媒が放熱して凝縮する一方、高温側冷媒が吸熱して蒸発
する。つまり、中間熱交換器（66）は、いわゆるカスケ
ードコンデンサを構成している。

【００１４】高温側冷媒回路（20）には、中間熱交換器
（66）と利用側の高温側蒸発器（53a,53b）とが接続さ
れる。この中間熱交換器（66）と高温側蒸発器（53a,53
b）とは、互いに並列に接続されている。尚、高温側冷
媒回路（20）には、高温側蒸発器（53a,53b）を複数設
けてもよい。この場合、各高温側蒸発器（53a,53b）と
中間熱交換器（66）は、それぞれが互いに並列に接続さ
れる。

【００１５】高温側冷媒回路（20）では、減圧後の高温
側冷媒が中間熱交換器（66）と高温側蒸発器（53a,53
b）に対して分配される。その際、中間熱交換器（66）
に対しては、調節手段の動作によって、運転条件に見合
った量の高温側冷媒が供給される。つまり、中間熱交換
器（66）に対しては、その時の運転状態において適切な
量の高温側冷媒が供給される。従って、低温側冷媒回路
（70）における冷凍サイクルが確実に行われる。

【００１６】上記第２の解決手段では、調節手段に調節
弁（61）が設けられる。この調節弁（61）は、高温側冷
媒回路（20）における中間熱交換器（66）の入口側に設
けられる。従って、冷却運転時において、高温側冷媒
は、調節弁（61）を通じて中間熱交換器（66）へ導入さ
れる。調節弁（61）は、その開度を調節できるように構
成されている。調節弁（61）の開度は、中間熱交換器
（66）に対する高温側冷媒の供給量を運転条件に応じた
量とするために調節される。例えば、調節弁（61）は、
中間熱交換器（66）から流出する高温側冷媒の温度が所
定値となるように、開度調節される。

【００１７】上記第３の解決手段では、調節手段にキャ
ピラリチューブ（64a,64b）と切換機構（65a,65b）とが
設けられる。調節手段において、キャピラリチューブ
（64a,64b）は複数設けられ、各キャピラリチューブ（6
4a,64b）は互いに並列に接続されている。また、これら
複数のキャピラリチューブ（64a,64b）は、高温側冷媒
回路（20）における中間熱交換器（66）の入口側に設け
られる。従って、冷却運転時において、高温側冷媒は、
キャピラリチューブ（64a,64b）を通じて中間熱交換器
（66）へ導入される。

【００１８】上記切換機構（65a,65b）は、高温側冷媒
が流れるキャピラリチューブ（64a,64b）の数を変更す
るためのものである。例えば、キャピラリチューブ（64
a,64b）を２つ設けた場合について説明する。この場
合、中間熱交換器（66）に対する高温側冷媒の供給量を
増やす際には、切換機構（65a,65b）によって高温側冷
媒が両方のキャピラリチューブ（64a,64b）を流れるよ
うにする。一方、中間熱交換器（66）に対する高温側冷
媒の供給量を減らす際には、切換機構（65a,65b）によ
って高温側冷媒が一方のキャピラリチューブ（64a）の
みを流れるようにする。即ち、切換機構（65a,65b）の
動作によって高温側冷媒が流れるキャピラリチューブ
（64a,64b）の数を変更し、これによって中間熱交換器
（66）に対する高温側冷媒の供給量を運転条件に見合っ
たものとする。

【００１９】上記第４の解決手段では、低温側冷媒回路
（70）に利用側の低温側蒸発器（76a,76b）が設けられ
る。この低温側蒸発器（76a,76b）は、複数設けられて
互いに並列に接続されている。従って、低温側冷媒回路
（70）では、低温側冷媒が各低温側蒸発器（76a,76b）
に分配され、対象物から吸熱して蒸発する。

【００２０】また、運転条件によっては、一部の低温側
蒸発器（76a,76b）にだけ低温側冷媒を供給し、残りの
低温側蒸発器（76a,76b）では対象物の冷却を一時的に
停止する場合もある。この場合には、中間熱交換器（6
6）における低温側冷媒からの放熱量が大きく変化し、
中間熱交換器（66）へ供給すべき高温側冷媒の量も大き
く変動する。これに対し、本解決手段では、高温側冷媒
回路（20）に調節手段を設けている。従って、このよう
な場合であっても、中間熱交換器（66）に対する高温側
冷媒の供給量は適切に維持される。

【００２１】

【発明の効果】本発明では、高温側冷媒回路（20）にお
いて、減圧後の高温側冷媒を中間熱交換器（66）と高温
側蒸発器（53a,53b）に分配している。従って、高温側
冷媒回路（20）には膨張弁等の冷媒の膨張機構を１つだ
け設ければよい。このため、高温側冷媒回路（20）の構
成を簡素化し、膨張弁等の部品数を削減してコストの低
減を図ることができる。

【００２２】更に、本発明では、高温側冷媒回路（20）
に調節手段を設け、中間熱交換器（66）に対する高温側
冷媒の供給量を、運転条件に見合った量に維持するよう
にしている。従って、中間熱交換器（66）における低温
側冷媒から高温側冷媒に対する放熱が確実に行われ、低
温側冷媒回路（70）における冷凍サイクル動作を確実に
行うことができる。

【００２３】この結果、本発明によれば、高温側冷媒回
路（20）の構成を簡素化しつつ、中間熱交換器（66）に
対する高温側冷媒の供給量を適切に維持して確実な冷却
運転を行うことが可能となる。

【００２４】特に、上記第４の解決手段では、低温側冷
媒回路（70）に複数の低温側蒸発器（76a,76b）を設け
ているため、上述のように、中間熱交換器（66）に対し
て供給すべき高温側冷媒の量が大きく変動しうる。これ
に対し、本発明によれば、運転条件が変化した場合であ
っても、調節手段の動作によって中間熱交換器（66）に
対する高温側冷媒の供給量を適切に維持することが可能
である。従って、このような場合であっても、低温側冷
媒回路（70）での冷凍サイクル動作を確実に行うことが
でき、確実な冷却運転が可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００２６】図１及び図２に示すように、本実施形態に
係る二元冷凍装置（10）は、コンビニエンスストアに設
置されて冷蔵庫及び冷凍庫を冷却するためのものであ
る。この二元冷凍装置（10）は、１つの室外ユニット
（11）と、１つのカスケードユニット（12）と、２つの
冷蔵ユニット（13a,13b）と、２つの冷凍ユニット（14
a,14b）とを備えている。室外ユニット（11）、カスケ
ードユニット（12）、冷蔵ユニット（13a,13b）及び冷
凍ユニット（14a,14b）には各種の機器が収納されてお
り、これら機器を配管接続して高温側冷媒回路（20）及
び低温側冷媒回路（70）が構成されている。

【００２７】上記高温側冷媒回路（20）は、１つの室外
回路（30）と、２つの冷蔵回路（50a,50b）と、１つの
カスケード回路（60）とによって構成されている。室外
回路（30）は、冷媒分配器（21）及び冷媒合流器（22）
を介して、各冷蔵回路（50a,50b）及びカスケード回路
（60）と接続されている。つまり、両冷蔵回路（50a,50
b）とカスケード回路（60）とは、室外回路（30）に対
して互いに並列に接続されている。

【００２８】上記室外回路（30）には、圧縮機構（31）
と、室外凝縮器（33）と、レシーバ（34）と、過冷却熱
交換器（44）と、電動膨張弁（36）とが接続されてい
る。これら圧縮機構（31）、室外凝縮器（33）、レシー
バ（34）、過冷却熱交換器（44）及び電動膨張弁（36）
は、室外ユニット（11）に設けられている。また、電動
膨張弁（36）は、圧縮機構（31）から吐出される冷媒の
温度に基づいて開度調節され、高温側冷媒回路（20）に
おける冷媒の膨張機構を構成している。

【００２９】上記高温側冷媒回路（20）の圧縮機構（3
1）は、２台の圧縮機（32）を並列に接続して構成され
ている。この圧縮機構（31）は、圧縮機（32）の運転台
数を変更することによって容量可変に構成されている。
各圧縮機（32）の吐出側には、それぞれ逆止弁（CV）が
設けられている。圧縮機構（31）の吐出側、即ち各圧縮
機（32）の吐出側は、室外凝縮器（33）の入口端に接続
されている。また、圧縮機構（31）の吸入側、即ち各圧
縮機（32）の吸入側は、冷媒合流器（22）に接続されて
いる。

【００３０】上記室外凝縮器（33）は、室外空気との熱
交換により冷媒を凝縮させるものである。室外ユニット
（11）には室外ファン（15）が設けられ、この室外ファ
ン（15）によって室外凝縮器（33）へ室外空気が送られ
る。室外凝縮器（33）の出口端は、レシーバ（34）に接
続されている。

【００３１】上記レシーバ（34）は、過冷却器（35）の
入口端に接続されている。この過冷却器（35）は、レシ
ーバ（34）から送られた液冷媒を、室外空気との熱交換
によって冷却して過冷却状態とするためのものである。
また、過冷却器（35）は、室外凝縮器（33）と一体に形
成されている。

【００３２】上記過冷却器（35）の出口端は、過冷却熱
交換器（44）の一端に接続されている。この過冷却熱交
換器（44）については、後述する。過冷却熱交換器（4
4）の他端は、電動膨張弁（36）を介して冷媒分配器（2
1）に接続されている。

【００３３】上記室外回路（30）には、過冷却回路（4
0）が設けられている。この過冷却回路（40）は、一端
がレシーバ（34）と過冷却器（35）との間に接続され、
他端が冷媒合流器（22）と圧縮機構（31）との間に接続
されている。過冷却回路（40）には、一端から他端に向
かって順に、過冷却電磁弁（41）と、過冷却膨張弁（4
2）と、過冷却熱交換器（44）とが接続されている。過
冷却膨張弁（42）は、内部均圧型の感温膨張弁により構
成されている。過冷却膨張弁（42）の感温筒（43）は、
過冷却回路（40）における過冷却熱交換器（44）の下流
部に取り付けられている。

【００３４】上記過冷却熱交換器（44）には、レシーバ
（34）から出て過冷却回路（40）に流入した液冷媒が過
冷却膨張弁（42）で減圧された後に導入される。また、
過冷却熱交換器（44）には、過冷却器（35）から液冷媒
が送り込まれる。そして、過冷却熱交換器（44）は、過
冷却器（35）から電動膨張弁（36）に向かって流れる液
冷媒を、過冷却回路（40）の冷媒との熱交換によって冷
却するように構成されている。

【００３５】上記冷媒分配器（21）には、各冷蔵回路
（50a,50b）の一端と、カスケード回路（60）の一端と
が接続されている。また、上記冷媒合流器（22）には、
各冷蔵回路（50a,50b）の他端と、カスケード回路（6
0）の他端とが接続されている（図１参照）。

【００３６】上記２つの冷蔵回路（50a,50b）は、同様
に構成されている。各冷蔵回路（50a,50b）には、一端
から他端に向かって順に、冷蔵電磁弁（51a,51b）と、
冷蔵キャピラリチューブ（52a,52b）と、冷蔵用蒸発器
（53a,53b）とが１つずつ接続されている。これら２つ
の冷蔵回路（50a,50b）は、上記２つの冷蔵ユニットに
対応している。即ち、各冷蔵回路（50a,50b）の冷蔵電
磁弁（51a,51b）、冷蔵キャピラリチューブ（52a,52b）
及び冷蔵用蒸発器（53a,53b）は、それぞれ各冷蔵ユニ
ット（13a,13b）に設けられている。

【００３７】上記冷蔵用蒸発器（53a,53b）は、冷蔵庫
の庫内空気との熱交換により冷媒を蒸発させるものであ
る。この冷蔵用蒸発器（53a,53b）は、高温側冷媒回路
（20）における利用側の高温側蒸発器を構成している。
各冷蔵ユニット（13a,13b）にそれぞれ冷蔵庫内ファン
（16a,16b）が設けられ、この冷蔵庫内ファン（16a,16
b）によって冷蔵用蒸発器（53a,53b）へ冷蔵庫内の庫内
空気が送られる。

【００３８】上記冷蔵キャピラリチューブ（52a,52b）
は、各冷蔵用蒸発器（53a,53b）の冷却能力に対応した
抵抗を付けるためのものである。つまり、冷蔵キャピラ
リチューブ（52a,52b）は、各冷蔵用蒸発器（53a,53b）
を流れる高温側冷媒の流量を適切な量とするために設け
られている。

【００３９】上記カスケード回路（60）は、一端から他
端に向かって順に、カスケード膨張弁（61）と中間熱交
換器（66）とが接続されている。このカスケード回路
（60）は、中間熱交換器（66）の第１通路（67）に接続
している。また、カスケード回路（60）には、カスケー
ド膨張弁（61）と並列にカスケード電磁弁（63）が設け
られている。

【００４０】カスケード膨張弁（61）は、内部均圧型の
感温膨張弁によって構成されている。カスケード膨張弁
（61）の感温筒（62）は、カスケード回路（60）におけ
る中間熱交換器（66）の下流部に取り付けられている。
このカスケード膨張弁（61）は、開度可変の調節弁であ
って、調節手段を構成している。

【００４１】上記低温側冷媒回路（70）には、圧縮機
（71）と、中間熱交換器（66）と、レシーバ（72）と、
低温側膨張弁（73）と、２つの冷凍用蒸発器（76a,76
b）と、アキュームレータ（79）とが接続されている。
このうち、圧縮機（71）、中間熱交換器（66）、レシー
バ（72）、低温側膨張弁（73）及びアキュームレータ
（79）は、カスケードユニット（12）に設けられてい
る。

【００４２】低温側冷媒回路（70）において、圧縮２の
吐出側は、逆止弁（CV）を介して中間熱交換器（66）に
接続されている。具体的には、中間熱交換器（66）にお
ける第２通路（68）の入口端に接続されている。中間熱
交換器（66）における第２通路（68）の出口端は、レシ
ーバを介して低温側膨張弁（73）に接続されている。

【００４３】低温側膨張弁（73）は、冷凍電磁弁（77a,
77b）及び冷凍キャピラリチューブ（78a,78b）を介し
て、各冷凍用蒸発器（76a,76b）に接続されている。冷
凍電磁弁（77a,77b）と冷凍キャピラリチューブ（78a,7
8b）とは、各冷凍用蒸発器（76a,76b）の入口側に１つ
ずつ設けられている。即ち、低温側膨張弁（73）から冷
凍用蒸発器（76a,76b）に向かって流れる低温側冷媒
は、冷凍電磁弁（77a,77b）を通り、その後に冷凍キャ
ピラリチューブ（78a,78b）を通って冷凍用蒸発器（76
a,76b）に流入する。各冷凍用蒸発器（76a,76b）の出口
端は、アキュームレータ（79）を介して圧縮機（71）の
吸入側に接続されている。

【００４４】上記中間熱交換器（66）は、第１通路（6
7）の高温側冷媒と第２通路（68）の低温側冷媒を熱交
換させるように構成されている。冷却運転時において、
中間熱交換器（66）は、高温側冷媒回路（20）の蒸発器
として機能すると同時に、低温側冷媒回路（70）の凝縮
器として機能する。即ち、中間熱交換器（66）は、いわ
ゆるカスケードコンデンサを構成している。

【００４５】上記低温側膨張弁（73）は、外部均圧型の
感温膨張弁によって構成されている。低温側膨張弁（7
3）の感温筒（74）は、低温側冷媒回路（70）における
両冷凍用蒸発器（76a,76b）の下流部に取り付けられて
いる。また、低温側膨張弁（73）の均圧管（75）は、低
温側冷媒回路（70）における両冷凍用蒸発器（76a,76
b）の下流側に接続されている。

【００４６】上記冷凍用蒸発器（76a,76b）は、冷凍庫
の庫内空気との熱交換により冷媒を蒸発させるものであ
る。この冷凍用蒸発器（76a,76b）は、低温側冷媒回路
（70）における利用側の低温側蒸発器を構成している。
また、冷凍用蒸発器（76a,76b）は、冷凍電磁弁（77a,7
7b）及び冷凍キャピラリチューブ（78a,78b）と共に、
冷凍ユニット（14a,14b）に設けられている。即ち、各
冷凍ユニット（14a,14b）には、冷凍用蒸発器（76a,76
b）、冷凍電磁弁（77a,77b）及び冷凍キャピラリチュー
ブ（78a,78b）が１つずつ設けられる。また、各冷凍ユ
ニット（14a,14b）には、それぞれ冷凍庫内ファン（17
a,17b）が１つずつ設けられる。この冷凍庫内ファン（1
7a,17b）によって、冷凍用蒸発器（76a,76b）へ冷凍庫
内の庫内空気が送られる。

【００４７】上記冷凍キャピラリチューブ（78a,78b）
は、各冷凍用蒸発器（76a,76b）の冷却能力に対応した
抵抗を付けるためのものである。つまり、冷凍キャピラ
リチューブ（78a,78b）は、各冷凍用蒸発器（76a,76b）
を流れる低温側冷媒の流量を適切な量とするために設け
られている。

【００４８】−運転動作− 上記二元冷凍装置（10）の冷却運転時における動作を説
明する。

【００４９】高温側冷媒回路（20）では、電動膨張弁
（36）が所定開度に調節される。この状態で、圧縮機構
（31）の両圧縮機（32）を運転すると、高温側冷媒回路
（20）で高温側冷媒が循環し、冷凍サイクルが行われ
る。

【００５０】具体的に、圧縮機構（31）から吐出された
高温側冷媒は、室外凝縮器（33）へ送られる。室外凝縮
器（33）では、室外空気との熱交換によって、冷媒が放
熱して凝縮する。室外凝縮器（33）で凝縮した冷媒は、
レシーバへ流入する。レシーバから流出した液冷媒は、
その一部が過冷却回路（40）へ流入し、残りが過冷却器
（35）へ送られる。

【００５１】室外凝縮器（33）の過冷却器（35）に流入
した液冷媒は、室外空気との熱交換によって更に冷却さ
れ、過冷却状態となる。この過冷却された冷媒は、過冷
却器（35）から過冷却熱交換器（44）へ送られる。一
方、過冷却回路（40）へ流入した液冷媒は、過冷却電磁
弁（41）を通り、過冷却膨張弁（42）で減圧された後に
過冷却熱交換器（44）へ送られる。

【００５２】過冷却熱交換器（44）では、過冷却器（3
5）から送り込まれた液冷媒と、過冷却回路（40）を通
じて送り込まれた気液二相状態の冷媒とが熱交換を行
う。そして、過冷却器（35）からの液冷媒は、放熱して
過冷却度が高められる。一方、過冷却回路（40）の冷媒
は、吸熱して蒸発した後に圧縮機構（31）の吸入側へ送
られる。過冷却膨張弁（42）は、過冷却熱交換器（44）
から過冷却回路（40）を通じて圧縮機構（31）へ戻され
る冷媒の温度に基づいて、その開度が調節される。

【００５３】過冷却熱交換器（44）で過冷却された液冷
媒は、電動膨張弁（36）で減圧された後に、冷媒分配器
（21）へ送られる。冷媒分配器（21）に入った冷媒は、
三方に分流されて、２つの冷蔵回路（50a,50b）と１つ
のカスケード回路（60）とに流入する。

【００５４】第１の冷蔵回路（50a）に流入した冷媒
は、冷蔵電磁弁（51a）及び冷蔵キャピラリチューブ（5
2a）を通って、冷蔵用蒸発器（53a）に流入する。冷蔵
用蒸発器（53a）では、流入した冷媒が冷蔵庫内の空気
から吸熱して蒸発する。これによって、庫内空気が冷却
される。冷蔵用蒸発器（53a）で蒸発した冷媒は、冷媒
合流器（22）へ流入する。以上の動作は、第２の冷蔵回
路（50b）についても同様である。即ち、第２の冷蔵回
路（50b）に流入した冷媒は、その冷蔵用蒸発器（53b）
へ流入し、吸熱して蒸発した後に冷媒合流器（22）へ流
入する。

【００５５】カスケード回路（60）に流入した高温側冷
媒は、カスケード膨張弁（61）を通って中間熱交換器
（66）の第１通路（67）に流入する。中間熱交換器（6
6）の第１通路（67）では、流入した高温側冷媒が第２
通路（68）の低温側冷媒から吸熱して蒸発する。蒸発し
た高温側冷媒は、冷媒合流器（22）へ送られる。

【００５６】その際、カスケード回路（60）へ流入する
高温側冷媒の量は、カスケード膨張弁（61）の開度を変
更することによって調節される。そして、中間熱交換器
（66）の第１通路（67）には、該第１通路（67）で蒸発
させ得る冷媒量、即ち中間熱交換器（66）における低温
側冷媒からの放熱量に対応した量の高温側冷媒が送り込
まれる。

【００５７】尚、カスケード回路（60）のカスケード電
磁弁（63）は、低温側冷媒回路（70）の圧縮機（71）の
起動に先立ち、例えば起動の数分前に開かれる。カスケ
ード電磁弁（63）を開くと、カスケード膨張弁（61）の
開度に拘わらず、中間熱交換器（66）の第１通路（67）
に高温側冷媒が導入される。このため、中間熱交換器
（66）が予冷され、低温側冷媒回路（70）の圧縮機（7
1）を起動した後、短時間でカスケード膨張弁（61）が
適切な開度とされる。

【００５８】上述のように、冷媒合流器（22）には、各
冷蔵用蒸発器（53a,53b）と、中間熱交換器（66）の第
１通路（67）で蒸発した冷媒が送り込まれる。冷媒合流
器（22）において合流した冷媒は、圧縮機構（31）の吸
入側へ送られる。そして、この冷媒は、圧縮機構（31）
の圧縮機（32）に吸入されて圧縮され、この循環を繰り
返す。

【００５９】低温側冷媒回路（70）では、圧縮機（71）
を運転すると、低温側冷媒回路（70）で低温側冷媒が循
環し、冷凍サイクル動作が行われる。具体的に、低温側
冷媒回路（70）において、圧縮機（71）から吐出された
低温側冷媒は、中間熱交換器（66）の第２通路（68）へ
送られる。中間熱交換器（66）の第２通路（68）では、
低温側冷媒が第１通路（67）の高温側冷媒に放熱して凝
縮する。凝縮した冷媒は、一旦レシーバ（72）へ流入す
る。レシーバ（72）から流出した液冷媒は、低温側膨張
弁（73）で減圧された後に二手に分流され、各冷凍用蒸
発器（76a,76b）へ送られる。

【００６０】第１の冷凍用蒸発器（76a）に送られる冷
媒は、冷凍電磁弁（77a）及び冷凍キャピラリチューブ
（78a）を通って冷凍用蒸発器（76a）に流入する。第１
の冷凍用蒸発器（76a）では、流入した冷媒が冷凍庫内
の空気から吸熱して蒸発する。これによって、庫内空気
が冷却される。第１の冷凍用蒸発器（76a）で蒸発した
冷媒は、アキュームレータ（79）へと流れる。以上の動
作は、第２の冷凍用蒸発器（76b）についても同様であ
る。即ち、第２の冷凍用蒸発器（76b）に流入した冷媒
は、吸熱して蒸発した後にアキュームレータ（79）へと
流れる。両冷凍用蒸発器（76a,76b）で蒸発してアキュ
ームレータ（79）へ流入した冷媒は、その後に圧縮機
（71）へ吸入されて圧縮され、この循環を繰り返す。

【００６１】例えば、第１の冷蔵ユニット（13a）のみ
がサーモオフした場合には、第１の冷蔵回路（50a）の
冷蔵電磁弁（51a）が閉鎖される。この場合、冷媒分配
器（21）へ流入した高温側冷媒は、第２の冷蔵回路（50
b）とカスケード回路（60）とに分配される。従って、
カスケード回路（60）への高温側冷媒の流入量が増加す
る。そして、中間熱交換器（66）の第１通路（67）で蒸
発させ得る冷媒量に対して高温側冷媒の流入量が過大と
なり、この第１通路（67）から流出する高温側冷媒の温
度が低下する。一方、中間熱交換器（66）の出口におけ
る高温側冷媒温度の低下に伴い、カスケード膨張弁（6
1）の開度が絞られる。このため、カスケード回路（6
0）に対する高温側冷媒の流入量が削減される。

【００６２】また、第１の冷凍ユニット（14a）のみが
サーモオフした場合、第１の冷凍ユニット（14a）に設
けられた冷凍電磁弁（77a）が閉鎖される。この場合、
第２の冷凍ユニット（14b）に設けられた冷凍用蒸発器
（76b）のみにおいて、低温側冷媒が吸熱する。そし
て、中間熱交換器（66）における低温側冷媒の放熱量が
減少し、この場合も中間熱交換器（66）の第１通路（6
7）で蒸発させ得る冷媒量に対して高温側冷媒の流入量
が過大となる。従って、中間熱交換器（66）の出口にお
ける高温側冷媒温度の低下し、これに伴ってカスケード
膨張弁（61）の開度が絞られてカスケード回路（60）に
対する高温側冷媒の流入量が削減される。

【００６３】一方、第１の冷凍ユニットがサーモオフか
ら復帰して冷却運転を開始する場合、第１の冷凍ユニッ
ト（14a）に設けられた冷凍電磁弁（77a）が開放され
る。この場合、低温側冷媒は、両方の冷凍用蒸発器（76
a,76b）において吸熱する。そして、中間熱交換器（6
6）における低温側冷媒の放熱量が増加し、中間熱交換
器（66）の第１通路（67）で蒸発させ得る冷媒量に対し
て高温側冷媒の流入量が過少となる。従って、中間熱交
換器（66）の出口における高温側冷媒温度の上昇し、こ
れに伴ってカスケード膨張弁（61）の開度が大きくされ
る。このため、カスケード回路（60）に対する高温側冷
媒の流入量が増大する。

【００６４】−実施形態の効果− 本実施形態では、高温側冷媒回路（20）において、高温
側冷媒を電動膨張弁（36）で減圧した後に冷媒分配器
（21）へ導入し、各冷蔵回路（50a,50b）とカスケード
回路（60）とに分配している。従って、高温側冷媒回路
（20）における冷媒の膨張機構としては、電動膨張弁
（36）を１つだけ設ければよい。このため、高温側冷媒
回路（20）の構成を簡素化し、部品数を削減してコスト
の低減を図ることができる。

【００６５】更に、本実施形態では、高温側冷媒回路
（20）のカスケード回路（60）にカスケード膨張弁（6
1）を設け、中間熱交換器（66）に対する高温側冷媒の
供給量を、運転条件に見合った量に維持するようにして
いる。従って、中間熱交換器（66）における低温側冷媒
から高温側冷媒に対する放熱が確実に行われ、低温側冷
媒回路（70）における冷凍サイクルを確実に行うことが
できる。

【００６６】この結果、本実施形態によれば、高温側冷
媒回路（20）の構成を簡素化しつつ、中間熱交換器（6
6）に対する高温側冷媒の供給量を適切に維持して確実
な冷却運転を行うことが可能となる。

【００６７】特に本実施形態では、冷蔵ユニット（13a,
13b）と冷凍ユニット（14a,14b）とを、共に複数設けて
いる。そして、各冷蔵ユニット（13a,13b）及び各冷凍
ユニット（14a,14b）は、それぞれが個別にサーモｏｎ
／ｏｆｆを行うため、中間熱交換器（66）へ供給すべき
高温側冷媒の量が大きく変動し得る。これに対し、本実
施形態では、カスケード膨張弁（61）の開度調節によっ
て中間熱交換器（66）へ供給される高温側冷媒の量を調
節できる。従って、冷蔵ユニット（13a,13b）及び冷凍
ユニット（14a,14b）のサーモｏｎ／ｏｆｆによって運
転条件が変化した場合であっても、カスケード膨張弁
（61）の開度調節によって中間熱交換器（66）に対する
高温側冷媒の供給量を適切に維持することが可能であ
る。この結果、低温側冷媒回路（70）での冷凍サイクル
を確実に行うことができ、確実な冷却運転が可能とな
る。

【００６８】

【発明のその他の実施の形態】上記実施形態では、高温
側冷媒回路（20）のカスケード回路（60）にカスケード
膨張弁（61）を設け、このカスケード膨張弁（61）によ
って調節手段を構成しているが、これに代えて、調節手
段を以下のように構成してもよい。

【００６９】具体的に、カスケード回路（60）には、カ
スケード膨張弁（61）に代えて、キャピラリチューブ
（64a,64b）と電磁弁（65a,65b）とを２つずつ設ける。
図３に示すように、これらのキャピラリチューブ（64a,
64b）及び電磁弁（65a,65b）は、何れもカスケード回路
（60）における中間熱交換器（66）と冷媒分配器（21）
の間に設けられている。

【００７０】第１キャピラリチューブ（64a）と第２キ
ャピラリチューブ（64b）とは、互いに並列に接続され
ている。また、第１キャピラリチューブ（64a）の直前
には第１電磁弁（65a）が設けられ、第２キャピラリチ
ューブ（64b）の直前には第２電磁弁（65b）が設けられ
ている。更に、カスケード回路（60）における中間熱交
換器（66）の下流部には、温度センサ（Th）が取り付け
られている。そして、この温度センサ（Th）の検出温度
に基づいて、第２電磁弁（65b）が開閉される。この第
１電磁弁（65a）及び第２電磁弁（65b）が、切換機構を
構成する。

【００７１】例えば、第１の冷蔵ユニット（13a）のみ
がサーモオフした場合には、第１の冷蔵回路（50a）の
冷蔵電磁弁（51a）が閉鎖される。この場合、冷媒分配
器（21）へ流入した高温側冷媒は、第２の冷蔵回路（50
b）とカスケード回路（60）とに分配される。従って、
カスケード回路（60）への高温側冷媒の流入量が増加す
る。そして、中間熱交換器（66）の第１通路（67）で蒸
発させ得る冷媒量に対して高温側冷媒の流入量が過大と
なり、この第１通路（67）から流出する高温側冷媒の温
度が低下する。これに伴って上記温度センサ（Th）の検
出温度が所定値未満となると、第２電磁弁（65b）を閉
鎖する。このため、中間熱交換器（66）に送られる高温
側冷媒が第１キャピラリチューブ（64a）のみを流れる
こととなり、中間熱交換器（66）の第１通路（67）へ導
入される冷媒量が削減される。

【００７２】また、第１の冷凍ユニット（14a）のみが
サーモオフした場合、第１の冷凍ユニット（14a）に設
けられた冷凍電磁弁（77a）が閉鎖される。この場合、
第２の冷凍ユニット（14b）に設けられた冷凍用蒸発器
（76b）のみにおいて、低温側冷媒が吸熱する。そし
て、中間熱交換器（66）における低温側冷媒の放熱量が
減少し、この場合も中間熱交換器（66）の第１通路（6
7）で蒸発させ得る冷媒量に対して高温側冷媒の流入量
が過大となる。従って、中間熱交換器（66）の出口にお
ける高温側冷媒温度の低下する。これに伴って上記温度
センサ（Th）の検出温度が所定値未満となると、第２電
磁弁（65b）を閉鎖する。このため、中間熱交換器（6
6）に送られる高温側冷媒が第１キャピラリチューブ（6
4a）のみを流れることとなり、中間熱交換器（66）の第
１通路（67）へ導入される冷媒量が削減される。

【００７３】一方、第１の冷凍ユニット（14a）がサー
モオフから復帰して冷却運転を開始する場合、第１の冷
凍ユニット（14a）に設けられた冷凍電磁弁（77a）が開
放される。この場合、低温側冷媒は、両方の冷凍用蒸発
器（76a,76b）において吸熱する。そして、中間熱交換
器（66）における低温側冷媒の放熱量が増加し、中間熱
交換器（66）の第１通路（67）で蒸発させ得る冷媒量に
対して高温側冷媒の流入量が過少となる。従って、中間
熱交換器（66）の出口における高温側冷媒温度の上昇す
る。これに伴って上記温度センサ（Th）の検出温度が所
定値以上となると、第２電磁弁（65b）を開放する。こ
のため、中間熱交換器（66）に送られる高温側冷媒が第
１及び第２キャピラリチューブ（64b）の両方を流れる
こととなり、中間熱交換器（66）の第１通路（67）へ導
入される冷媒量が増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る高温側冷媒回路の一部及び低
温側冷媒回路を示す配管系統図である。

【図２】実施形態１に係る高温側冷媒回路の一部を示す
配管系統図である。

【図３】その他の実施形態に係る高温側冷媒回路の一部
及び低温側冷媒回路を示す配管系統図である。

【符号の説明】

（20） 高温側冷媒回路 （53a,53b） 冷蔵用蒸発器（高温側蒸発器） （61） カスケード膨張弁（調節弁） （64a） 第１キャピラリチューブ （64b） 第２キャピラリチューブ （65a） 第１電磁弁（切換機構） （65b） 第２電磁弁（切換機構） （66） 中間熱交換器 （70） 低温側冷媒回路 （76a,76b） 冷凍用蒸発器（低温側蒸発器）

フロントページの続き (72)発明者 目▲崎▼ 丈統 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 竹上 雅章 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 3L045 AA03 BA01 CA02 DA02 EA01 FA02 GA07 HA07 JA13 PA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温側冷媒回路（20）、低温側冷媒回路
   （70）及び中間熱交換器（66）を備え、高温側冷媒回路
   （20）の高温側冷媒と低温側冷媒回路（70）の低温側冷
   媒とが中間熱交換器（66）で熱交換して二元冷凍サイク
   ルを行う二元冷凍装置であって、 上記高温側冷媒回路（20）は、 中間熱交換器（66）と並列に接続された利用側の高温側
   蒸発器（53a,53b）を少なくとも１つ有して、減圧後の
   冷媒を中間熱交換器（66）と高温側蒸発器（53a,53b）
   とに分配するように構成される一方、 上記中間熱交換器（66）へ供給する冷媒量を運転条件に
   応じて調節するための調節手段を備えている二元冷凍装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の二元冷凍装置において、 調節手段は、高温側冷媒回路（20）における中間熱交換
   器（66）の入口側に設けられた開度可変の調節弁（61）
   を備えている二元冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の二元冷凍装置において、 調節手段は、高温側冷媒回路（20）における中間熱交換
   器（66）の入口側に設けられて互いに並列に接続された
   複数のキャピラリチューブ（64a,64b）と、高温側冷媒
   が流通するキャピラリチューブ（64a,64b）の数を変更
   するための切換機構（65a,65b）とを備えている二元冷
   凍装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の二元冷凍装置
   において、 低温側冷媒回路（70）は、互いに並列に接続された複数
   の利用側の低温側蒸発器（76a,76b）を備えている二元
   冷凍装置。